Human interface device - це

людино-машинний інтерфейс (ЧМІ) Технічні засоби, призначені для забезпечення безпосередньої взаємодії між оператором та обладнанням і дають можливість оператору керувати обладнанням та контролювати його функціонування.Примітка Такі засоби можуть включати органи управління, контрольні пристрої, дисплеї, що приводяться в дію вручну. [ГОСТ Р МЕК 60447-2000]

людино-машинний інтерфейс (ЧМІ) Технічні засоби контролю та управління, що є частиною обладнання, призначені для забезпечення безпосередньої взаємодії між оператором та обладнанням і дають можливість оператору керувати обладнанням та контролювати його функціонування (ГОСТ Р МЕК 60447).Примітка Такі засоби можуть включати органи керування, контрольні пристрої та дисплеї, що приводяться в дію вручну. [ГОСТ Р МЕК 60073-2000]

людино-машинний інтерфейс Засоби забезпечення двостороннього зв'язку "оператор - технологічне обладнання" (АСУ ТП). Назва класу засобів, до якого входять підкласи: SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) - Операторське управління та збір даних від технологічного обладнання. DCS (Distributed Control Systems) - Розподілена система управління технологічним обладнанням. [http://www.morepc.ru/dict/]

Паралельні тексти EN-UA

MotorSys™ iPMCC Solutions може впроваджуватися в розробці human-machine interface (HMI) або комунікаційно через персональний комп'ютер безпосередньо на motor starters. [Schneider Electric]

Інтелектуальний центр розподілу електроенергії та керування електродвигунами MotorSys™ може мати у своєму складі спеціальний людино-машинний інтерфейс.(ЧМІ). В якості альтернативи використовується обмін даними між персональним комп'ютером та пускачами. [Переклад Інтент]

HMI на базі операторських станцій

Найголовніше в системі управління - це організація взаємодії між людиною і програмно-апаратним комплексом. Забезпечення такої взаємодії є завданням людино-машинного інтерфейсу (HMI, human machine interface).

На мій погляд, в абревіатурі "АСУ ТП" ключовим є слово "автоматизована", що передбачає безпосередню участь людини у реалізації системою певних завдань. Очевидно, що краще організований HMI, тим ефективніше людина зможе вирішувати поставлені завдання.

Як же організований HMI у сучасних АСУ ТП? Існує, як мінімум, два підходи реалізації функціоналу HMI:

  1. На базі спеціалізованих робочих станцій оператора, що встановлюються у центральній диспетчерській;
  2. На базі панелей локального управління, що встановлюються безпосередньо в цеху поблизу з контрольованим технологічним об'єктам.

Іноді ці два варіанти комбінують, щоб досягти найбільшої гнучкості управління. У цій статті йтиметься про перший варіант організації операторського рівня.

Апаратно робоча станція оператора (OS, operator station) є ні що інше як персональний комп'ютер. Як правило, станція забезпечується кількома широкоекранними моніторами, функціональною клавіатурою та необхідними мережевими адаптерами для підключення до мереж верхнього рівня (наприклад, на базі Industrial Ethernet). Станція оператора дещо відрізняється від звичних для нас офісних комп'ютерів, перш за все, своїм виконанням та експлуатаційними характеристиками (а також ціною 4000 – 10 000)доларів). На малюнку 1 зображено робочу станцію оператора системи SIMATIC PCS7 виробництва Siemens, що має наступні технічні характеристики:

Процесор: Intel Pentium 4, 3.4 ГГц; Пам'ять: DDR2 SDRAM до 4 ГБ; Материнська плата: ChipSet Intel 945G; Жорсткий диск: SATA-RAID 1/2 x 120 ГБ; Слоти: 4 x PCI, 2 x PCI E x 1, 1 x PCI E x 16; Ступінь захисту: IP 31; Температура при експлуатації: 5 - 45 C; Вологість: 5 - 95% (без утворення конденсату); Операційна система: Windows XP Professional/2003 Server.

MyPID
Мал. 1. Приклад промислової робочої станції оператора.

Системний блок може бути як настільного виконання (desktop), так і для монтажу в 19” стійку (rack-mounted). Найчастіше застосовується другий варіант: системний блок монтується в стійку, що замикається, для кращої захищеності і запобігання несанкціонованому доступу.

Яке програмне забезпечення використовується? На станції оператора встановлюється програмний пакет візуалізації технологічного процесу (часто званий SCADA). Більшість пакетів візуалізації працюють під керуванням операційних систем сімейства Windows (Windows NT 4.0, Windows 2000/XP, Windows 2003 Server), що, як на мене, є великим мінусом. Програмне забезпечення візуалізації покликане виконувати такі завдання:

  1. Відображення технологічної інформації у зручній для людини графічній формі (як правило, у вигляді інтерактивних мнемосхем) – Process Visualization;
  2. Відображення аварійних сигналізацій технологічного процесу - Alarm Visualization;
  3. Архівування технологічних даних (збір історії процесу) - Historical Archiving;
  4. Надання оператору можливості маніпулювати (керувати) об'єктамиуправління – Operator Control.
  5. Контроль доступу та протоколювання дій оператора – Access Control and Operator's Actions Archiving.
  6. Автоматизоване складання звітів за довільний інтервал часу (змінні звіти, щотижневі, щомісячні тощо) – Automated Reporting.

Як правило, SCADA складається з двох частин:

  1. Середовища розробки, де інженер малює та програмує технологічні мнемосхеми;
  2. Середовища виконання, необхідної для виконання налаштованих мнемосхем в режимі runtime. Фактично це режим повсякденної експлуатації.

Існує дві схеми підключення операторських станцій до системи управління, а точніше до рівня управління. У межах першої схеми кожна операторська станція підключається безпосередньо до контролерів рівня управління або за допомогою проміжного комутатора (див. малюнок 2). Підключена таким чином операторська станція працює незалежно від інших станцій мережі, і тому часто називається одиночною (нехай Вас не бентежить така назва, насправді таких станцій у мережі може бути декілька).

MyPID
Мал. 2. Схема підключення одиночних операторських станцій рівня управління.

Є й інший варіант. Часто операторські станції підключають до сервера або резервованої пари серверів, а сервери, у свою чергу, підключаються до промислових контролерів. Таким чином, сервер, будучи якимось буфером, постійно зчитує дані з контролера і надає їх на запит робочим станціям. Станції, підключені за такою схемою, часто називають клієнтами (див. рисунок 3).

device
Мал. 3. Клієнт-серверна архітектура операторського рівня.

human

Мал. 6. Приклад операторської мнемосхеми. На малюнку 6 зображено дуже спрощенийваріант операторської мнемосхеми керувати тех. процесом. Як бачимо, резервуар (ємність) наповнюється водою. Завдання системи – нагріти цю воду до певної температури. Для нагрівання води використовується газовий пальник. Інтенсивність горіння регулюється клапаном подачі газу. Також має бути насос для закачування води в резервуар та клапан для спуску води.

На мнемосхемі відображаються основні технологічні параметри, такі як температура води; рівень води у резервуарі; робота насосів; стан клапанів тощо. Ці дані оновлюються на екрані із заданою частотою. Якщо параметр досягає аварійного значення, відповідне поле починає блимати, привертаючи увагу оператора.

Сигнали введення/виводу та виконавчі механізми відображаються на мнемосхемах у вигляді інтерактивних графічних символів (іконок). Кожному типу сигналів та виконавчих механізмів надається свій символ: для дискретного сигналу це може бути перемикач, кнопка або лампочка; для аналогового – повзунок, діаграма чи текстове поле; для двигунів і насосів - більш складні фейсплети (faceplates). Кожен символ, як правило, є окремим ActiveX компонентом. Взагалі технологія ActiveX широко використовується в SCADA-пакетах, оскільки дозволяє розробнику підвантажувати додаткові символи, що не входять до стандартної бібліотеки, а також розробляти власні графічні елементи, використовуючи високорівневі мови програмування.

Допустимо, оператор хоче включити насос. І тому він клацає з його іконці і викликає панель управління ( faceplate ). На цій панелі він може виконати певні маніпуляції: увімкнути або вимкнути насос, підтвердити аварійну сигналізацію, перевести його в режим "технічного обслуговування" і т.д. (Див. малюнок 7).

MyPID

управління

human

Мал. 9. Панель повідомлень та аварійних сигналізацій. Говорячи про SCADA, інженери часто оперують таким важливим поняттям як "тег" (tag).Тег є по суті певної змінної програми візуалізації і може бути використаний як для локального зберігання даних усередині програми, так і як посилання на зовнішній параметр процесу. Теги можуть бути різних типів, починаючи від звичайних числових даних і закінчуючи структурою з безліччю полів. Наприклад, один параметр, що візуалізується, введення/виводу – це тег, або функціональний блок PID-регулятора, що виконується всередині контролера, - це теж тег. Нижче представлена ​​сильно спрощена структура тега, що відповідає простому PID-регулятору:

Tag Name = "MyPID"; Tag Type = PID;

Fields (список параметрів):

MyPID.OP MyPID.SP MyPID.PV MyPID.PR MyPID.TI MyPID.DI MyPID.Mode MyPID.RemoteSP MyPID. Alarms і т.д.

У комплексній прикладній програмі може бути кілька тисяч тегів. Виробники SCADA-пакетів це знають і тому застосовуютьполітику ліцензування на основі кількості використовуваних тегов. Кожна куплена ліцензія жорстко обмежує сумарну кількість тегів, які можна використовувати у програмі. Очевидно, що більше тегів підтримує ліцензія, то дорожче вона коштує; так, наприклад, ліцензія на 60 000 тегів може коштувати 5000 тис. доларів або навіть дорожче. На додаток до цього багато виробників SCADA формують дуже суттєву різницю в ціні між “голим” середовищем виконання та повноцінним середовищем розробки; Звичайно, остання з такою ж кількістю тегів буде коштувати помітно дорожче.

Сьогодні на ринку представлена ​​велика кількість різних SCADA-пакетів, найбільш популярні з якихпредставлені нижче:

1. Wonderware Intouch; 2. Simatic WinCC; 3. Iconics Genesis32; 4. Citect; 5. Adastra Trace Mode